锂电池供电的无刷直流电机设计考虑
来源：宝鄂实业
2020-03-07 14:03
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客户期望从电池供电的产品，如手持电动工具、便携式医疗设备或家庭自动化产品中获得极好的可靠性和延长电池寿命。随着这些产品的商店迅速增长，制造商开始使用新一代的锂离子无刷直流电机。
无刷直流电机是高可靠性、高效率和高功率密度应用的理想选择。由于无刷直流电机无刷磨损和更换，因此其可靠性很高。因此，电刷电机的预期寿命明显高于电机，从而大大延长了产品的寿命。
另一方面，锂电池已经广泛应用于智能手机和平板电脑等消费电子产品中。锂电池是用途最广泛的电池之一，因为它具有良好的能量密度和较慢的静电损耗。锂电池不仅用于消费电子产品，而且越来越多地用于使用铅酸电池的产品，如高尔夫球车和电动割草机。
新型锂电池驱动的无刷电机工作时间长，可靠性高，促进了电池电动产品的发展。许多产品正在升级，包括电池驱动的工具，如手摇钻、电锯和鼓风机，以及小型电动汽车(电动自行车和轮椅)和不间断电源。
这些新产品还需要更新驱动MOSFET的桥式驱动器，以利用其各种功能，以及其集成的无刷直流电机和锂电池的问题。特别是新型桥式驱动器所提供的创新安全特性，防止了锂离子电池在电机负载再生减速过程中因电池充电损耗而造成的损坏和损坏，进一步延长了电池和多个锂电池动力产品的寿命。
有资格使用锂离子电池和无刷直流电动机
锂离子电池的高能量密度是其他电池技术的主要优势，如镉镍镍氢化物电池或铅酸电池。一般来说，锂电池的能量密度是其他电池的两到三倍。高能量密度可减小电池组尺寸，减轻手持电动工具的重量，进一步小型化。此外，它可以延长电动自行车或轮椅的运行时间，而不增加原电池组的大小或重量。
但是高能量密度的锂离子电池也不是没有问题。锂电池并不是我们通常认为的电池的电压源。锂电池内部电感较大(100-500nh)，使用PWM技术驱动电机时，产生明显的纹波电压。简单的解决方案是在MOSFET桥之间增加足够的电容，但是空间和成本限制阻止了这种选择。
除了有限的空间，PCB结构的限制是许多电池供电的手持电动工具的主要关注点。在某些应用中，臂间的小电容会引起严重的电压波动。以18-20v锂电池为例，在大负载条件下，最小容量桥接电容的锂电池谷值电压可低至5V，峰值电压可高至36V。另一个需要考虑的是过载时的操作条件，如转子失速，此时电池电压下降到一个非常低的值。在这些情况下，需要控制器(而不是驱动程序)来决定如何响应这些极端的操作条件。
选择无刷直流电机有几个原因。无刷直流电机的最大转速(RPM)主要受转子结构的约束，而电刷直流电机的速度主要受电刷本身的约束。多数采用减小传动比的方法，将电机转速降低到所需转速。由于无刷直流电动机的速度比无刷直流电动机快很多倍，因此通过对传动比进行相应的调整，使得物理尺度相对较小的无刷直流电动机可以产生相同的速度和作用力矩。直流无刷电机的另一个明显的优点是消除了刷磨损和严重的电磁干扰(EMI)。在延长运行时间方面，无刷直流电动机的明显优势是效率高，一般比同类无刷直流电动机好150%以上。
